CN105261271B8

CN105261271B8 - 一种光电综合实验平台

Info

Publication number: CN105261271B8
Application number: CN201510865688.4A
Authority: CN
Inventors: 王彩霞; 刘鹏; 赵海丽; 郑建平; 王建新; 刘树昌; 王晓曼
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: CN105261271A; CN105261271B

Abstract

本发明提供的一种光电综合实验平台将光路选择组件的单反五棱镜放置在底板上装有磁铁的安装座中，通过单个单反五棱镜或两个级联快捷搭建光路，降低了光学元件对准的复杂度，无需繁琐的螺钉紧固以及调整架的升降工作，用户可根据需要，灵活方便搭建光路。光电传感器模块的可更换性，实现了光电传感器测头的任意扩展。采用模块化的设计，预留扩展接口实现光电类实验教学仪器功能的扩展性。电参数测量及光参数测量的设计，可以为使用者进行设计性实验提供测量仪表。采用实验仪器嵌入式、零配置设计理念，无须辅助的常规万用表、光功率计、光照度计实验设备，无须个人计算机。该实验平台既是实验教学仪器，又是测试仪器，一机多用。

Description

一种光电综合实验平台

技术领域

[0001] 本发明属于光电检测与信息处理实验教学技术领域，涉及光、机、电、算相结合的光电信息检测与处理实验技术。

背景技术

[0002] 纵观我国理工科高等院校光电理论课程配置的实验教学仪器，比如光电传感器课程、光电检测技术课程等配置的实验仪器，仅能保证本门课程理论的验证性实验，而无法用一台仪器提供多门课程的理论验证，更加无法提供实现设计性和综合性实验项目的资源。因此，在建设专业精品实验室时需要投入更多的财力、人力和物力，购置大量的配套实验设备，造成了资源的极大浪费。

发明内容

[0003] 为了解决高校实践教学方面存在的上述问题，本发明提供一种光电综合实验平台，保证在不增加辅助实验设备的情况下，以实验平台为“母体”，仅增加光电测头即可扩展尽可能多的实验项目，实现在单一平台上即可开展多门课程的验证性、设计性和综合性实验项目。

[0004] 本发明提供的一种光电综合实验平台包括置于机箱内的光学单元和电子学单元，光学单元的光源模块、光电传感器模块和电子学单元的光参数测量单元通过快换接口固定在框架上;光路选择组件放置在装有磁铁的安装座中，安装座通过磁力吸附在机箱的底板上；

[0005] 所述的光学单元包括光源模块、光路选择组件、光电传感器模块；

[0006] 所述的光源模块提供激光光源、可见光光源或积分球单色光源；

[0007] 所述的光路选择组件为两个相同的单反五棱镜，两个单反五棱镜可单独使用，也可以级联使用，灵活地搭建光路；

[0008]所述的光路选择组件的单反五棱镜单独使用时，通过光源模块搭建光路，光源的光由光路选择组件的单反五棱镜的一个直角边入射，利用可使光线折转90度出射的特性，光线在另一个直角边出射，可将光电传感器模块通过快换接口固定在对应的的仪器框架上搭建一条光路;旋转安装座9〇度，方便的通过光路选择组件的单反五棱镜、光源模块和光电传感器模块将搭建另一条方向不同的新的光路;光源模块的位置有4种选择，光电传感器模块13的位置有6种选择；

[0009]所述的光路选择组件的两个单反五棱镜级联使用时，可搭建4种形式的光路，光源模块的位置有4种选择，光电传感器模块的位置有8种选择;旋转安装座90度，方便的通过光路选择组件的单反五棱镜、光源模块和光电传感器模块将搭建另一条新的光路；用户可根据需要，灵活方便搭建光路。

[0010]所述的光电传感器包括多个光敏电阻、多个光敏二极管或多个光电池，均使用快换接口与框架连接，用多个快换接口可扩展测试不同光电传感器的特性，更换所需的光电传感器十分方便；

[0011]所述的电子学单元包括五路电源、嵌入式处理器、可变恒流源、电参数测量单元、光参数测量单元、下位机主控单元、液晶显示单元和电源;所述的嵌入式处理器为上位机； [0012] 所述的五路电源为提供数字5V、模拟±5V、模拟±12V的电源，与可变恒流源、电参数测量单元、光参数测量单元、下位机主控单元连接;工作时无须辅助的稳压电源设备，同时可作为向外输出的电源，为用户开展其他研宄提供五路电源；

[0013] 嵌入式处理器安装有操作程序软件(见实施例1)，采用串口与下位机主控单元通信，在嵌入式处理器的管理下，下位机主控单元通过两线串行接口控制可变恒流源做为光源模块的激励输入，改变光源模块输入的电流值或电压值，则改变光源模块输出的光照度值和光功率值；

[0014] 下位机主控单元通过两线串行接口控制电参数测量单元进行模拟电压量和电流量的测量，测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元，下位机主控单元再经串口将测量结果送给嵌入式处理器，由液晶显示单元显示测量的电压值和电流值；

[0015] 下位机主控单元通过两线串行接口控制光参数测量单元进行光照度、光功率和光的波长测量;测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元，下位机主控单元再经串口将测量结果送给嵌入式处理器，由液晶显示单元显示测量的光照度、光功率值和光的波长值;所述的下位机主控单元存储有下位机的运行程序(见实施例1);

[0016] 所述的电源为嵌入式处理器和液晶显示单元提供电源。

[0017] 本发明的一种光电综合实验平台通过本光电综合实验平台可以完成如下基本实验：

[0018] 1)通过光源模块完成P-I特性实验；

[0019] 2)通过光电传感器模块完成光电特性实验；

[0020] 3)通过光电传感器模块完成光谱特性实验；

[0021] 4)还可以完成如下的实验:光电传感器的频响特性实验、光变频率实验、红外光电遥控实验；

[0022] 5)所述的本实验平台能够开设的实验项目还有很多，通过实验平台提供的框架、光路选择组件、快换接口可灵活搭建光路;通过平台提供的光参数测量单元和电参数测量单元，用户可扩展进行光学量测试和电学量的测试，方便开展设计性和综合性实验项目，有利于使用者的创新设计。

[0023] 有益效果:本发明提供的一种光电综合实验平台采用实验仪器嵌入式、零配置设计理念，无须辅助的常规万用表、光功率计、光照度计实验设备，无须个人计算机，可用于教学与产品检测。

[0024] 本发明提供的一种光电综合实验平台充分利用单反五棱镜可使光线折转90度特性，将光路选择组件的单反五棱镜放置在装有磁铁的安装座中，安装座通过磁力吸附在机箱的底板上，这样，旋转安装座，方便的通过单个或两个级联光路选择组件的单反五棱镜、光源模块和光电传感器模块将搭建另一条新的光路;降低了光学元件对准的复杂度，无需繁琐的螺钉紧固以及调整架的升降工作，带来了使用上的便捷性。用户可根据需要，灵活方便搭建光路。

[0025] 光电传感器模块的可更换性，实现了光电传感器测头的任意扩展，实现了功能上的延伸。

[0026] 采用模块化的设计，预留扩展接口实现光电类实验教学仪器功能的扩展性。

[0027] 电参数测量及光参数测量的设计，可以为使用者进行设计性实验提供测量仪表，因此，本发明提供的一种光电综合实验平台既是实验教学仪器，又是测试仪器，一机多用。

附图说明

[0028] 图1是光电综合实验平台的结构框图。

[0029] 图2是采用单个光路选择组件搭建光路的示意图。

[0030] 图3是采用两个光路选择组件搭建光路的示意图。

[0031] 图4是嵌入式处理器安装的操作程序软件流程图。

[0032] 图5是下位机的安装的软件流程图。

具体实施方式

[0033] 实施例1

[0034] 如附图1所示，一种光电综合实验平台包括置于机箱内的光学单元1和电子学单元 2,光学单元1的光源模块11、光电传感器模块13和电子学单元2的光参数测量单元25通过快换接口固定在框架上;光路选择组件12放置在装有磁铁的安装座中，安装座通过磁力吸附在机箱的底板上；

[0035] 所述的光源模块11提供激光光源、可见光光源或积分球单色光源；

[0036]所述的光路选择组件12为两个相同的单反五棱镜，两个单反五棱镜可单独使用，也可以级联使用，灵活地搭建光路；

[0037]如附图2所示，所述的光路选择组件12的单反五棱镜单独使用时，通过光源模块 11、光路选择组件12和光电传感器模块13搭建光路，光源的光由光路选择组件12的单反五棱镜的一个直角边入射，利用可使光线折转90度出射的特性，光线在另一个直角边出射，可将光电传感器模块13通过快换接口固定在对应的的仪器框架上搭建一条光路;或者，旋转安装座90度，方便的通过光路选择组件12的单反五棱镜、光源模块11和光电传感器模块13 将搭建另一条方向不同的新的光路;光源模块11的位置有4种选择，光电传感器模块13的位置有6种选择；

[0038] 所述的光路选择组件12的两个单反五棱镜级联使用时，可搭建4种形式的光路，其中搭建的一条光路如附图3所示。光源模块11的位置有4种选择，光电传感器模块13的位置有8种选择;旋转安装座9〇度，方便的通过光路选择组件12的单反五棱镜、光源模块11和光电传感器模块13将搭建另一条新的光路;用户可根据需要，灵活方便搭建光路。

[0039]所述的光电传感器13包括多个光敏电阻、多个光敏二极管或多个光电池，均使用快换接口与框架连接，用多个快换接口可扩展测试不同光电传感器的特性，更换所需的光电传感器十分方便；

[0040]所述的电子学单元2包括五路电源21、嵌入式处理器22、可变恒流源23、电参数测量单元24、光参数测量单元25、下位机主控单元26、液晶显示单元27和电源28;所述的嵌入式处理器22为上位机；

[0041]所述的五路电源21为提供数字5V、模拟±5V、模拟±1別的电源，与可变恒流源23、电参数测量单元24、光参数测量单元25、下位机主控单元26连接;工作时无须辅助的稳压电源设备，同时可作为向外输出的电源，为用户开展其他研究提供五路电源；

[0042]嵌入式处理器22安装有操作程序软件(如图4所示），采用串口与下位机主控单元 26通信，在嵌入式处理器22的管理下，下位机主控单元26通过两线串行接口控制可变恒流源23做为光源模块11的激励输入，改变光源模块11输入的电流值或电压值，则改变光源模块11输出的光照度值和光功率值；

[0043]下位机主控单元26通过两线串行接口控制电参数测量单元24进行模拟电压量和电流量的测量，测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元26，下位机主控单元26再经串口将测量结果送给嵌入式处理器22,由液晶显示单元27显示测量的电压值和电流值； [0044]下位机主控单元26通过两线串行接口控制光参数测量单元25进行光照度、光功率和光的波长测量;测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元26，下位机主控单元26 再经串口将测量结果送给嵌入式处理器22,由液晶显示单元27显示测量的光照度、光功率值和光的波长值;所述的下位机主控单元26存储有下位机的运行程序(如附图5所示）；

[0045] 所述的电源28为嵌入式处理器22和液晶显示单元27提供电源。

[0046] 一种光电综合实验平台通过本光电综合实验平台可以完成如下基本实验：

[0047] 1)通过光源模块11完成P-I特性实验；

[0048] 2)通过光电传感器模块13完成光电特性实验；

[0049] 3)通过光电传感器模块13完成光谱特性实验；

[0050] 4)还可以完成如下的实验:光电传感器的频响特性实验、光变频率实验、红外光电遥控实验；

[0051] 5)所述的本实验平台能够开设的实验项目还有很多，通过实验平台提供的框架、光路选择组件12、快换接口可灵活搭建光路;通过平台提供的光参数测量单元25和电参数测量单元24,用户可扩展进行光学量测试和电学量的测试，方便开展设计性和综合性实验项目，有利于使用者的创新设计。

[0052]如图4所示，上位机嵌入式处理器22安装的操作程序软件的流程如下：

[0053] 步骤100,开始；

[0054] 步骤101，测试串口是否通过?否，进行步骤101;是，进行步骤102;

[0055] 步骤102,实验选择；

[0056] 步骤103，选择光源P-I特性测试实验；

[0057] 步骤104,选择光敏电阻特性测试实验；

[0058] 步骤105,选择光电池特性测试实验；

[0059] 步骤106，选择光敏二极管特性测试实验；

[0060] 步骤1〇7,结束。

[0061] 如附图5所示，下位机主控单元26中的程序流程如下：

[0062] 进行步骤1〇9,开始；

[0063]进行步骤110,初始化，包括串口的初始化、测试点的个数；

[0064] 进行步骤111，测试串口是否通过;否，进行步骤111;是，进行步骤112;

[0065]进行步骤112，接收上位机发送的操作命令，进行命令解析；

[0066]如果是光源P-I测试命令，进入步骤113，选择光源P-I特性测试实验；

[0067]进行步骤114,送出不同的激励电流，光源模块1发射不同光功率的光线，该光线入射到光参数测量单元25，得到此时的光功率值；

[0068]进行步骤115，下位机主控单元26读入此时的光功率值，得到P-I曲线上的一个测试点的数据；

[0069]进行步骤116,判断初始化中的测试点的个数是否达到？否，进行步骤114,送出下一点的激励电流值，读入下一点的光功率值，直到判断结果是肯定的，进行步骤117;

[0070] 进行步骤117，把一组P-I数据打包上传给上位机嵌入式处理器22;

[0071]进行步骤118,判断上位机是否收到数据?否，进行步骤117,是，进行步骤133;

[0072] 进行步骤133,结束测量；

[0073] 如果是接收到光电特性测试命令，进入步骤119，进行光电特性测试；

[0074] 进入步骤120,送出不同的激励电流，光源模块1发射不同照度的光线，该光线入射到光参数测量单元25,得到此时的光照度值；

[0075] 进行步骤121，下位机主控单元26读入此时光电传感器13的光生电流值；

[0076] 进行步骤122,得到光电特性曲线上的一个测试点数据；

[0077] 进行步骤123,判断初始化中的测试点个数是否达到?否，进行步骤120;是，进行步骤 124;

[0078] 进行步骤124,把一组照度-电流数据打包上传给上位机嵌入式处理器22;

[0079] 进行步骤125,判断上位机嵌入式处理器22是否收到数据?否，进行步骤124,是，进行步骤133;

[0080] 进行步骤133,结束测量；

[0081]如果是光谱特性测试命令，进行步骤126，进行光谱特性测试；

[0082] 进行步骤127,送出不同的激励电流，光源模块1发射相同照度的光线；

[0083] 进行步骤128,该光线入射到光参数测量单元25,得到此时的单色光波长；

[0084] 进行步骤129,下位机主控单元26读入此时光电传感器13的光生电流值，得到光谱特性曲线上的一个测试点数据；

[0085] 进行步骤130,判断初始化中的测试点个数是否达到，判断结果是否定的，进行步骤127,送出下一点的激励电流值，读入下一点的单色光波长和光生电流值;判断结果是肯定的，进行步骤131;

[0086] 进行步骤131，把一组波长-电流数据打包上传给上位机嵌入式处理器22;

[0087] 进行步骤132,判断上位机嵌入式处理器22是否收到数据?否，进行步骤丨31，是，进行步骤133;

[0088] 进行步骤133,结束测量。

Claims

1. 一种光电综合实验平台，其特征在于，包括置于机箱内的光学^元（1)和电子学单元 ⑵，光学单元⑴的光源模块（11)、光电传感器模块（13)和电子学单元⑵的光参数测量单元(25)通过快换接口固定在框架上;光路选择组件（12)放置在装有磁铁的安装座中，安装座通过磁力吸附在机箱的底板上；所述的光学单元⑴包括光源模块(11)、光路选择组件(12)、光电传感器模块(13); 所述的光源模块(11)提供激光光源、可见光光源或积分球单色光源；所述的光路选择组件（12)的单反五棱镜单独或两个级联，旋转安装座，光路选择组件 (12)与光源模块(11)和光电传感器模块(13)搭建不同的新的光路；所述的光电传感器模块（13)包括多个光敏电阻、多个光敏二极管或多个光电池，均使用快换接口与框架连接；所述的电子学单元(2)包括五路电源（21)、嵌入式处理器(22)、可变恒流源(23)、电参数测量单元(24)、光参数测量单元(25)、下位机主控单元(26)、液晶显示单元(27)和电源 (28);所述的嵌入式处理器(22)为上位机；所述的五路电源(21)为提供数字5V、模拟±5V、模拟±12V的电源，与可变恒流源(23)、电参数测量单元(24)、光参数测量单元(25)、下位机主控单元(26)连接；嵌入式处理器(22)安装有操作程序软件，采用串口与下位机主控单元(26)通信，在嵌入式处理器(22)的管理下，下位机主控单元(26)通过两线串行接口控制可变恒流源(23)做为光源模块（11)的激励输入，改变光源模块（U)输入的电流值或电压值，则改变光源模块 (11)输出的光照度值和光功率值；下位机主控单元(26)通过两线串行接口控制电参数测量单元(24)进行模拟电压量和电流量的测量，测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元（26)，下位机主控单元 (26)再经串口将测量结果送给嵌入式处理器(22)，由液晶显示单元(27)显示测量的电压值和电流值；下位机主控单元(26)通过两线串行接口控制光参数测量单元(25)进行光照度、光功率和光的波长测量;测量结果经两线串行接口传输给下位机主控单元(26)，下位机主控单元 (26)再经串口将测量结果送给嵌入式处理器(22)，由液晶显示单元（27)显示测量的光照度、光功率值和光的波长值;所述的下位机主控单元(2©存储有下位机的运行程序；所述的电源(2©为嵌入式处理器(22)和液晶显不单元(27)提供电源。